[發明專利]一種二維材料層制備后轉移方法

在審

• 申請號: 202010622448.2
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111763923A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 張波;劉運啟;薛忠營;郭旺
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: C23C16/04
• 分類號: C23C16/04;C23C16/26;C23C16/01
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 魏峯;黃志達

本發明涉及一種二維材料層制備后轉移方法，包括：在襯底表面形成二維材料層，在該二維材料層上旋凃高分子涂層；將襯底腐蝕掉，再將腐蝕掉襯底的二維材料層放置于目標基體上，然后置于加熱板上加熱，除去高分子涂層。該方法可以簡單、高效、穩定地將大尺寸石墨烯完整地轉移到目標基體上。

技術領域

本發明屬于二維材料轉移領域，特別涉及一種二維材料層制備后的無損轉移方法。

背景技術

微電子材料對于人類社會發展意義重大。據不完全統計，全球大約有數十萬億美元級的產業價值由微電子行業帶來。帶來巨額經濟利益的同時，人們還在追求更好的材料來發展微電子行業。進一步，二維材料由于特殊和新奇的性能進入人們的視野。近年來二維材料發展火熱，但是其制備具有很大的困難，例如，隨著器件尺寸縮小，對材料的質量，制作成本都有越來越搞到要求。傳統的濕法轉移的效果已不能讓人滿意，原材料的浪費十分突出。

近年來，石墨烯、TMD等二維材料的火熱推動了半導體物理、凝聚態物理、生物醫學等的發展，其獨特的電學、力學性質有利微電子器件性能改善。在大面積單層二維材料生產制備加工過程中，無論是生產過程中的污染還是轉移過程中的浪費，都會對轉移石墨烯、TMD等二維材料帶來巨大的經濟損失。

目前主流的轉移化學氣相沉積法生長的二維材料，是采用光刻膠PMMA進行濕法轉移。由于光刻膠PMMA具有柔韌性，抗腐蝕，能夠很好的與二維材料粘附在一起，在襯底被腐蝕之后，仍然很好的與二維材料相結合，易于手工撈取。所以廣泛使用。但是PMMA材料的去除需要使用丙酮等揮發性有毒有機溶劑浸泡，容易殘留難以除盡。且在使用丙酮等材料的時候，容易造成二次脫落，加大了二維材料表面的褶皺，影響制備效果。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種二維材料層制備后轉移方法，以克服現有技術中采用光刻膠PMMA進行濕法轉移過程中去除PMMA材料需要有機溶劑浸泡且難以除盡等缺陷。

本發明提供一種二維材料層的轉移方法，包括：

(1)在襯底表面形成二維材料層，在該二維材料層上表面旋凃高分子涂層，所述高分子涂層為PPA(Anionically polymerized polyphalaldehyde(PPA))；

(2)將襯底腐蝕掉，再將腐蝕掉襯底的二維材料層放置于基體上，然后置于加熱板上加熱，除去高分子涂層，將二維材料層轉移到二氧化硅片上。

所述步驟(1)中襯底包括鍺襯底。

所述步驟(1)中二維材料層包括石墨烯；二維材料層的層數為1層。

所述步驟(1)中在襯底表面形成二維材料層的方法包括化學氣相沉積。

所述化學氣相沉積的工藝條件為：原料包括氫氣、甲烷、氬氣的混合氣，900℃，10h加熱。在高溫環境中所述氫氣和所述甲烷裂解成氫原子和碳原子，沉積時，所述鍺襯底上先沉積一層所述氫原子形成Ge-H鍵，然后再沉積一層所述碳原子，并且所述碳原子構成六圓環狀態的石墨烯，與所述高分子涂層旋涂結合后，可以采用固化后升溫方式轉移二維材料。

所述步驟(1)中高分子涂層層數為一層。該高分子材料具有易固化，升溫容易直接揮發無殘留的特性。

所述步驟(2)中腐蝕掉襯底采用腐蝕液氫氟酸、雙氧水和去離子水的混合液體。

所述步驟(2)中基體為二氧化硅材料。

所述步驟(2)中加熱溫度為110～130℃。

本發明還提供一種上述方法制備得到的二維材料層。

本發明還提供一種上述方法制備得到的二維材料層的應用。